兼氧FMBR工艺介绍

兼氧FMBR工艺介绍

1.1 兼氧FMBR工艺原理介绍

兼氧FMBR处理工艺是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的污水处理工艺，近年来倍受关注。兼氧FMBR工艺对生活污水、高浓度有机污水、难降解有机污水具有非常高的处理效率，本项目是生活污水，污水污染物含量高、可生化性好，非常适宜采用本处理工艺。兼氧FMBR系统示意见下图：

图1 兼氧FMBR系统示意图

兼氧FMBR工艺实现菌体共生，同步处理不同污染物，大幅提高系统适应能力、处理效率。

C----有机污泥“零”排放（低能耗）

P----气化除磷降解（低能耗）

N----厌氧氨氧化脱氮（低能耗）

突破好氧MBR工艺（能耗高、易堵膜）的瓶颈

兼氧FMBR的主要特点：

兼氧FMBR污泥以兼性厌氧菌为主，有机物的降解主要是通过形

成较高浓度的污泥在兼性厌氧性菌作用下完成的。大分子有机污染物是被逐步降解为小分子有机物，最终氧化分解为二氧化碳和水等稳定的无机物质。

由于兼性厌氧菌的生成不需要溶解氧的保证，所以降低了动力消耗。曝气的主要作用是对膜丝进行冲刷、震荡，同时产生的溶解氧正好被用来氧化部分小分子有机物和维持出水的溶解氧值。

a）兼氧FMBR工艺对CODcr的去除

兼性厌氧微生物在有氧的条件下，将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。在合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等）直接进入细胞内部被利用，而非溶解有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被胞外酶水解后进入细胞内部被利用。

b）兼氧FMBR工艺对氮的去除

在兼氧FMBR处理工艺系统中，兼有通过以下三种途径完成对氮的去除：

I硝化-反硝化

膜区曝气气提作用，反应器内形成循环流动，使水在好氧区和缺氧区循环交替流动，形成好氧、缺氧连续交替不断的生物降解作用，在好氧条件下利用污水中硝化细菌将氮化物转化为硝酸盐，然后在缺氧条件下利用污水中反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮。在同一个反应器内实现了硝化反硝化。

图3-3 膜区曝气原理示意图

同时在兼氧FMBR池内污泥浓度较高，活性污泥粒径较大，在活性污泥粒内部形成厌氧区，在活性污泥粒外表面形成好氧区，从而使硝化菌和反硝化菌同时工作，形成同步硝化反硝化。

II 短程硝化-反硝化

兼氧FMBR工艺污泥泥龄接近无限长的条件下，硝化过程出现明显的短程硝化反硝化现象，氨氮向硝酸盐转化受抑制，亚硝酸盐大量积累，实现短程硝化反硝化效果。

短程硝化反硝化就是将硝化过程控制在N02-阶段，组织NO2-进一步氧化为NO3-，直接以NO2-作为电子最终受氢体进行反硝化，这一过程相当于将传统的硝化过程中从NO2-转化为NO3-与反硝化过程中再将NO3-转化为NO2-这两个过程省去，反硝化菌直接将亚硝氮还原为氮气。工艺利用硝酸菌和亚硝酸菌的不同生长速率，即在操作温度30~35℃下，亚硝化细菌的生长速率明显高于硝化细菌的生长速率，亚硝化细菌的最小停留时间小于硝化细菌，从而使氨氧化控制在亚硝酸盐阶

段，同时通过缺氧环境达到反硝化的目的。

III 厌氧氨氧化

在兼氧FMBR系统在一定条件下，硝化作用产生大量的NO2-累积，厌氧氨氧化菌首先将NO2-转化成NH2OH，再以NH2OH为电子受体将NH4+氧化生成N2H4；N2H4转化成N2，并为NO2-还原成NH2OH 提供电子，实验中有少量NO2-被氧化成NO3-。由于实现了短程硝化、厌氧氨氧化作用，减少了供氧，大幅降低曝气能耗和反硝化所需碳源，从而实现了高效脱氮目的。在实施上，不仅要优化营养条件和环境条件，促进厌氧氨氧化菌的生长，同时要设法改善菌体的沉降性能并改进反应器的结构，促使功能菌有效持留。

厌氧氨氧化涉及的化学反应为：

NH2OH + NH3 → N2H4 + H2O

N2H4 → N2 + 4[H]

HNO2 + 4[H] → NH2OH + H2O

c）实现了气化除磷

污水除磷技术主要有化学除磷和生物除磷，化学除磷药剂用量大，产生的化学污泥多，运行成本高；生物除磷需通过排泥实现，存在剩余污泥处理难题，近年来，利用膜生物反应器强化生物脱氮除磷越来越受重视。污水处理系统中的磷，除了传统理论中磷只能在固体形态和溶解形态之间转化以外，还存在一种新的转化形式，即磷的化合物向气态磷化氢的转化。

国内外已有文献探讨和研究气化除磷途径对磷的有效去除：1988年Devai等人首次发现了在污水处理系统中的磷循环中磷损失达

30%~45%，并证实其中25%~50%是以气态磷化氢的形式进入大气的；随后，随着分析方法和检测手段的提高，特别是1993年Gassmann 等人采用GC-FPD检测技术，通过毛细管色谱柱和低温冷阱富集GC-NPD检测技术，使沉积物中磷化氢的检测限达到0.1ng，证明了磷化氢是水环境中普遍存在的一种磷的化合物形式；Eisman1997年的研究表明磷化氢的产生是一种微生物为媒介的过程；Rutishauser 等人（1999年）观察了在污水处理厂污泥浓缩池上部的污泥中的磷化氢的形成，他们接种杀毒后的污泥以及将污泥加入到补充了甲醛或氯化汞的媒介中时完全得不到磷化氢，证明了磷化氢形成的动力学遵循典型的微生物生长曲线，磷源和碳源的交替影响促进了磷化氢的形成；Jenkins等人（2000）测得有一些厌氧微生物可以产生磷化氢；刘志培等人（2004）测得污水处理厂初次沉淀池中污泥磷化氢含量为21307.4ng/kg，并且提出了磷化氢的产生在污水除磷中有一定的作用，这就对原有污水处理系统中磷的转化途径提出了重要的补充，认为污水处理系统中的磷不仅存在于液相和固相中，而且其中的一部分以气体的形式逸出；

所有这些研究表明，磷化氢已经成为一种不可忽视的磷的气态形式，同时反映了磷的又一迁移转化的重要途径，即向气态迁移的途径，为传统的磷只能在土体形态和溶解形态之间转化的理论提出了重要的补充。

关于磷化氢产生的机理，目前的研究还很少，生物学上认为在有机物(碳源)、无机磷酸盐等共同作用下，在兼性厌氧菌作用下合成了